用于制造环扇形件的方法技术

本发明专利技术涉及三维编织的多层纤维结构(20)，该纤维结构具有在沿经线方向的任何层次上编织的相同数量的经纱，该纤维结构(20)在该经线方向上包括第一部位(22)和第二部位(24)，该第一部位(22)在垂直于该经线方向和纬线方向的方向上测量的厚度大于该第二部位(24)，其特征在于，沿该经线方向的两个纬线平面之间的间距在该第二部位中比在该第一部位(22)中大，并且纬纱的数量在该第二部位(24)中比该第一部位(22)中小。(22)中小。(22)中小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造环扇形件的方法


[0001]本专利技术涉及纤维结构的制造，该纤维结构用于生产旨在集成在例如涡轮机中的复合材料部件。
现有技术
[0002]复合材料部件，特别是陶瓷基复合材料(CMC)部件，越来越多地用于替代涡轮机中的金属部件。实际上，CMC部件在高温下具有特别有趣的机械性能，对于例如涡轮喷嘴或定子的设计是理想的。在这两个实例中，扇形的CMC部件被布置和组装在金属外壳上并且通过紧密接合彼此连接，以便确保脉络的紧密性，而不管由高操作温度生成的热膨胀。
[0003]在航空领域中，对于上述应用，所使用的CMC材料基于碳化硅纤维和碳化硅基质。
[0004]碳化硅纤维例如通过三维编织以纤维结构的形式集成到CMC材料中。这是使用多层纬纱和多层经纱的多层编织，其中经纱将不同层的纬纱粘合在一起。可以使用不同类型的3D编织，例如互锁、多缎纹、多编织、多斜纹编织。
[0005]图1示出了定子扇形件2，该定子扇形件2旨在与移动叶片的尖端径向相对安装。它包括两个径向凸缘4，其彼此轴向间隔开并且在内部连接到环形壁扇形件6，该环形壁扇形件6包括连接两个凸缘4的中心部分8和从中心部分8的轴向端部沿相反方向延伸的整流罩10。术语“径向”和“轴向”相对于角扇区的轴线A来考虑，该轴线对应于多个扇形件旨在围绕其布置以环绕叶轮的轴线。
[0006]在图1中可以看出，中心部分8，也称为浴缸，具有的厚度e
pc
大于整流罩的厚度e
b
。该厚度是沿径向测量的。这与纤维结构12的制造工艺直接相关。
[0007]为了生产图1的环扇形件2，首先生产如图2所示的纤维结构12。
[0008]该纤维结构12包括中心部位14，该中心部位14在其每个端部处连接到第一部分16和第二部分18，在它们之间散开。纤维结构12的中心部分14旨在形成环扇形件2的中心部位8并且第一部分16和第二部分18旨在形成环扇形件2的整流罩10和凸缘4。
[0009]中心部位14包括x编织的经线层、各自包括z编织的经线层的第一部分16以及各自包括y编织的经线层的第二部分18。经线层以一定的厚度布置，在图中由方向E表示。
[0010]在第一部分16和第二部分18之间没有厚度连接，允许它们在结构上彼此独立并且因此在模具中的不同方向上成形。
[0011]因此，一旦获得纤维结构12，就将其成形为具有与所需部件类似的形状，即在如图3所示的实例中的“Pi”。在中心部位14的任一侧上的第一部分16因此被展开，以便获得具有图1中所示的环扇形件2的“Pi”拓扑的纤维预成型件。
[0012]利用当今的编织技术，在编织件的所有点上经线/纬线比率是相同的。因此，中心部位14的经线层的数量取决于第一部分16和第二部分18的经线层的数量，并且通过以下公式x＝y+z关联。
[0013]在经线/纬线比率不变的情况下，中心部位14和第一部分16以及第二部分18的经线和纬线的层的数量以及因此它们各自的厚度相互依赖，在中心部位14处生成在功能上不
必要的厚度。实际上，中心部位8在功能上需要与整流罩10的厚度e
b
相等的最小厚度e
pc
。中心部位8的厚度e
pc
还可能大幅度大于整流罩10的厚度e
h
。这种超量的厚度导致在功能上不必要的纤维材料量的使用，而纤维材料是一种昂贵的元件。
[0014]由于成本以及质量的缘故，因此有必要减小纤维结构12的中心部位14的厚度，并且从而获得厚度可变的纤维结构12。
[0015]在有机基质复合材料(OMC)叶片的设计中使用称为“修整(trimming)”的技术方案。该方法包括通过改变编织物从纤维结构中除去经纱和纬纱。然后切割离开的纱线，形成具有沿经线方向展开的厚度的纤维结构。
[0016]此类方法不能用于CMC陶瓷基质复合材料部件，特别是因为所用纤维的脆性。修整方法会将削弱所产生的纤维结构，并且因此削弱预成型件。
[0017]此外，上述部件的小尺寸意味着预成型件小，并且难以生产接下来将使用修整工艺切割的经纱。
[0018]本专利技术的目的是以简单、可靠并且便宜的方式弥补此些缺点。

技术实现思路

[0019]本文件首先涉及三维编织的多层纤维结构，所述纤维结构具有在沿经线方向的任何层次上编织的相同数量的经纱，该纤维结构在经线方向上包括第一部位和第二部位，第一部位在垂直于经线方向和纬线方向的方向上测量的厚度大于第二部位，其特征在于，沿经线方向的两个纬线平面之间的间距在第二部位中比在第一部位中的大，并且纬纱的数量在第二部位中比在第一部位中小。
[0020]因此，通过调节两个参数，即沿经线方向的两个连续纬线列之间的间距和纬纱的局部插入或分离，来改变经线
‑
纬线比率，第二部位的厚度不再取决于第一部位的厚度。然后通过三维编织获得的纤维结构的第一部位的厚度大于第二部位的厚度。
[0021]第二部位的每个纬线平面的纬纱的数量可以小于第一部位的每个纬线平面的纬纱的数量。
[0022]因此，该方法与CMC部件的纤维结构的生产兼容，因为它不需要使用修整方法来改变厚度。
[0023]纤维结构的第一部位可以包括第一部分和第二部分，第一部分在垂直方向上被布置在第二部分上，并且在结构上独立于第二部分，第一部位的第一部分和第二部分在从第一部位到第二部位的过渡处被编织到第二部位。
[0024]特别地，纤维结构的第一部分和第二部分构成纤维结构的元件，其在成形时将形成环扇形件的整流罩和凸缘。该结构的独立性允许第一部分和第二部分在优选垂直的方向上的构造。
[0025]在第一部分或第二部分中，纬纱的数量可以大于经纱的数量。
[0026]减小第二部位的厚度的另一种可能性是改变第一部位，即第一部位的第一部分和第二部分的经线
‑
纬线比率。这减小了要在第二部位中编织的经线层的数量。
[0027]在第二部位中，纬纱的数量可以小于经纱的数量。
[0028]因此，不插入存在于基础编织中的某些纬纱是为了通过在75/25比率的限度内更改或不更改纬线列之间的间距来更改经线/纬线比率，从而使得与第一部位的厚度相比有
可能减小厚度。
[0029]两个经线平面之间的距离在第一部位和第二部位之间可以是相同的。实际上，这比可变间距更容易实现。
[0030]两个纬线平面之间的间距在第一部位和第二部位之间可以是相同的，并且两个经线平面之间的间距可以是不同的。
[0031]在与本文件中呈现的定向成90
°
的编织部件(未示出)的特定情况下，可以利用两个连续的经线平面之间的间距并且保持两个连续的纬线平面之间的间距恒定。
[0032]实际上，更容易在织机上改变纬线参数。这使得更容易设置与两个连续链层之间的间距以及第一部位和第二部位中的链的数量有关的参数。
[0033]纤维结构可以包括与第一部位一样并且沿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.三维编织的多层纤维结构(20)，所述纤维结构(20)具有在沿经线方向的任何层次上编织的相同数量的经纱，所述纤维结构(20)在经线方向上包括第一部位(22)和第二部位(24)，所述第一部位(22)在垂直于经线方向和纬线方向的方向上测量的厚度大于所述第二部位(24)，其特征在于，沿经线方向的两个纬线平面之间的间距在所述第二部位中比在所述第一部位(22)中大，并且所述第二部位的每个纬线平面的纬纱的数量小于所述第一部位的每个纬线平面的纬纱的数量，所述纤维结构(20)的第一部位(22)包括第一部分(16)和第二部分(18)，所述第一部分(16)在垂直方向上被布置在第二部分(18)上，并且在结构上独立于所述第二部分(18)，所述第一部位(22)的第一部分(16)和第二部分(18)在从所述第一部位(22)到所述第二部位(24)的过渡处被编织到所述第二部位(24)。2.根据权利要求1所述的纤维结构(20)，其特征在于，在所述第一部分(16)和所述第二部分(18)中的一个和/或另一个中，纬纱的数量大于经纱的数量。3.根据权利要求1或2所述的纤维结构(20)，其特征在于，在所述第二部位(24)中，纬纱的数量小于经纱的数量。4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维结构(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：西埃里，
申请(专利权)人：赛峰航空陶瓷技术公司，
类型：发明
国别省市：